|
(11) | EP 0 083 800 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
| (54) | Vanne de maintien automatique d'un niveau avec une faible consommation d'énergie |
| (57) Vanne séparant un bassin amont (1) et un bassin aval (2) et permettant le maintien
automatique à une valeur constante et réglable du niveau de l'un des bassins, comprenant
un tablier (3) mobile autour d'un axe de rotation horizontal (4) et dont la rotation
autour de cet axe commande la valeur du débit de l'amont vers l'aval, ledit tablier
constituant une portion de cylindre ayant pour axe ledit axe de rotation, caractérisée
en ce qu'il comprend un premier (7A) et un second (7B) caisson, solidaires du tablier,
respectivement immergés partiellement dans le bassin amont et dans le bassin aval,
des moyens (9, 13, 15) pour remplir au moins partiellement les caissons, des moyens
(20) pour maintenir constant le niveau dans le premier ou le second caisson selon
que l'on désire maintenir constant le niveau du bassin amont ou celui du bassin aval
et des moyens (50) de réglage de cette valeur constante. Application à l'irrigation. |
[0001] La présente invention est relative à une vanne séparant un bassin amont alimenté en eau et un bassin aval fournissant de l'eau, cette vanne permettant le maintien automatique du niveau de l'eau dans un des bassins à une valeur de consigne réglable.
[0002] On connaît, par exemple par le brevet FR-A 2.071.299 (Alsthom), des vannes remplissant le but recherché qui comprennent un tablier mobile autour d'un axe horizontal et qui sont manoeuvrées par un flotteur à lest réglable.
[0003] De telles vannes ont pour inconvénients d'obliger à choisir une fois pour toutes le mode de fonctionnement (réglable du niveau amont ou du niveau aval), de fixer à une valeur définitive la valeur du niveau à maintenir constant, qu'il est impossible ou très difficile de modifier.
[0004] Un but de la présente invention est de réaliser une vanne de maintien automatique de niveau permettant de passer facilement du réglage du niveau amont au réglage du niveau aval et d'ajuster la valeur de consigne, le tout soit manuellement, soit par une commande à distance, par transmission d'un signal de faible puissance au moyen par exemple d'une ligne téléphonique.
[0005] L'invention a pour objet une vanne de maintien automatique d'un niveau avec une faible consommation d'énergie pour commander le débit d'eau d'un bassin amont vers un bassin aval, cette vanne comprenant :
- un tablier obturateur porté par une charpente mobile autour d'un axe horizontal de rotation disposé en aval du tablier pour que la rotation de cette charpente autour de cet axe commande la section de passage de l'eau de l'amont vers l'aval, ce tablier constituant une portion de cylindre de révolution ayant pour axe ledit axe de rotation,
- et un caisson porté par cette charpente et plongeant dans le bassin dont le niveau doit être maintenu pour que la position angulaire de cette charpente soit commandée par le niveau de l'eau dans ce bassin, ce caisson étant muni d'une ouverture basse de passage d'eau et d'une ouverture haute de passage d'air pour permettre de faire varier une quantité d'eau dans le caisson,
- cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un caisson amont et un caisson aval portés par la charpente en amont et en aval dudit axe de manière à être plongés partiellement dans le bassin amont et dans le bassin aval séparés par ledit tablier, respectivement, chacun de ces caissons étant muni desdites ouvertures haute et basse,
- et des moyens de réglage de pression communiquant avec ces ouvertures par l'intermédiaire de robinets de commutation de manière à pouvoir fonctionner sur commande alternativement dans un mode de réglage amont et dans un mode de réglage aval, les moyens de réglage commandant le niveau de l'eau dans un caisson "réglant" qui est le caisson amont dans le mode de réglage amont et le caisson aval dans le mode de réglage aval, pour maintenir automatiquement le niveau de l'eau dans un bassin "réglé" qui est celui dans lequel ce caisson plonge, ces robinets de commutation laissant l'eau et l'air passer par les ouvertures de l'autre caisson pour égaliser les niveaux de l'eau dans ce caisson non réglant et dans le bassin non réglé.
[0006] On adopte de plus, de préférence ou selon les circonstances les dispositions suivantes :
Chacun desdits caissons présente une section horizontale sensiblement constante sur toute sa hauteur utile et le centre de gravité de l'ensemble fixé à la charpente est placé sensiblement à l'altitude dudit axe de rotation pour que le couple de rotation appliqué à la charpente soit commandé seulement par la différence entre les niveaux de l'eau dans le caisson réglant et dans le bassin réglé.
- Les moyens de commande comprennent une source de gaz comprimé à débit limité munie d'une canalisation dont l'extrémité ouverte est plongée dans le bassin amont à une altitude commandée par lesdits moyens de réglage, un robinet de commutation pour relier cette source à l'ouverture haute du caisson réglant, et un organe commutable pour relier l'ouverture basse du caisson aval au bassin amont ou au bassin aval selon que ce caisson est réglant ou non, l'ouverture basse du caisson amont débouchant dans le bassin amont même lorsqu'il est non réglant.
- Lesdits moyens de réglage comprennent un déversoir d'eau à altitude réglable, des moyens de remplissage de ce déversoir à débit limité, et des moyens pour relier l'ouverture basse du caisson réglant à ces moyens de remplissage, l'ouverture haute de ce caisson étant ouverte sur l'atmosphère.
- Les moyens de remplissage du déversoir comprennent une canalisation débouchant dans le bassin amont, ce déversoir déversant dans le bassin aval.
- Les moyens de remplissage du déversoir comprennent un bassin auxiliaire alimenté en eau propre.
- L'ouverture basse du caisson non réglant communique avec le bassin non réglé par un circuit équivalent, quant aux pertes de charge, à une ouverture d'aire comprise entre 2 et 0,02% de celle de la surface libre de l'eau dans ce caisson, l'ouverture haute de ce caisson laissant Un passage pratiquement libre à l'air entre l'intérieur de ce caisson et l'air, de manière à réaliser un asservissement temporaire et partiel du niveau du bassin non réglé notamment lors des communications entre réglage amont et réglage aval.
[0007] L'invention sera mieux comprise à la description donnée ci-après des divers modes de réalisation précités de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel,
- la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une vanne selon l'invention .
- la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une autre vanne selon l'invention.
- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une troisième vanne selon l'invention, avec déversoir.
- la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'une quatrième vanne selon l'invention avec caisson alimenté par un bassin auxiliaire.
[0008] Dans la figure 1, la référence 1 représente le niveau d'un bassin amont et la référence 2 le niveau d'un bassin aval constituant par exemple deux biefs successifs d'un canal d'irrigation.
[0009] La vanne automatique représentée est destinée à maintenir à une valeur constante le niveau amont ou aval. Elle comprend un tablier 3 mobile autour d'un axe de rotation 4. Le tablier est assujetti à l'axe de rotation au moyen d'une charpente 5 et commande la section de passage de l'eau au-dessus d'un seuil bétonné 27.
[0010] Un caisson amont 7A solidaire du tablier est partiellement immergé dans le bassin amont et un caisson aval 7B solidaire de la charpente est partiellement immergé dans le bassin aval.
[0011] La paroi inférieure 8A du caisson 7A porte une ouverture "basse" 9 permettant le remplissage partiel du caisson. La référence 10 désigne une grille pour éviter l'introduction de déchets dans le caisson.
[0012] Un remplissage partiel du caisson aval 7B est obtenu par un robinet de commutation 15 qui relie ledit caisson soit au bassin amont par l'intermédiaire de la canalisation 13, soit au bassin aval.
[0013] Les deux caissons sont reliés à une source d'air comprimé à débit limité 20 par des canalisations 22, 23A et 23B et par des vannes de commutation 28A et 28B qui relient soit le caisson amont, soit le caisson aval à la canalisation 22, l'autre caisson étant alors relié à l'atmosphère. Les robinets 28A, 28B et 15 sont commandés simultanément. Le gaz s'échappe bulle à bulle par une canalisation 24, communicant avec la canalisation 22, et dont l'extrémité 25 est plongée dans le bassin amont, à une distance d du niveau 1 de ce bassin.
[0014] Pour régler le niveau amont, (cas de la figure), on met le caisson 7A, qui devient le caissant réglant, en communication avec la source de gaz ; l'autre caisson 7B est passif et joue le rôle d'amortisseur, il est mis à la pression atmosphérique et le robinet de commutation 15 le relie au bassin aval. Si on veut régler le niveau aval, on met le caisson 7B, qui devient caisson réglant, en liaison avec la source de gaz et, par l'intermédiaire de l'organe 15, en liaison avec le bassin amont. Le caisson 7A est mis à l'atmosphère et devient caisson amortisseur.
[0015] Il résulte du montage que la valeur de la pression dans les canalisations et à l'intérieur du caisson choisi comme caisson réglant est constante et égale à d exprimé en mètres d'eau. La position du plan d'eau à l'intérieur du caisson réglant est donc à l'altitude de l'extrémité 25, quel que soit le niveau dans le bassin amont.
[0016] Les parois amont et aval des caissons, de même que le tablier, sont des parties de surfaces de révolution autour de l'axe de rotation, de manière que les poussées hydrostatiques sur des parois n'induisent pas de couple de rotation. Seule les parois inférieures 8A et 8B des caissons appliquent à la charpente mobile une poussée proportionnelle à la différence entre les hauteurs d'eau à l'intérieur et à l'extérieur du caisson considéré.
[0017] La charpente de la vanne est étudiée pour que le centre de gravité 12 de l'ensemble mobile se trouve, pour une position moyenne de la vanne, du côté amont par rapport à l'axe de rotation 4 et au voisinage du plan horizontal passant par l'axe de rotation.
[0018] Le couple mécanique dû au poids de cet ensemble mobile est équilibré soit par la poussée hydrostatique sur le caisson 7A lorsque ce caisson amont est réglant, soit par le supplément de poids de l'eau dans le caisson 7B, lorsque ce caisson aval est réglant, ces efforts étant proportionnels à l'écart entre le niveau amont et le niveau dans le caisson 7A en réglage amont, ou bien à l'écart entre le niveau aval et le niveau dans le caisson 7B, en réglage aval. Rappelons que le niveau dans le caisson qui n'est pas réglant est égal au niveau du bassin dans lequel il est partiellement immergé, grâce à la commande simultanée des robinets 28A, 28B et 15. Il n'en diffère que pendant les régimes transitoires rapides, en raison du caractère limité du débit d'eau pouvant pénétrer dans ou sortir des caissons sous une pression donnée. Il est apparu aux inventeurs que cette limitation de débit améliorait la stabilité du fonctionnement du système bassin amont- vanne-bassin aval dans le cas ou ces bassins sont des biefs de canaux, et donc la qualité de la régulation. Il convient pour cela, dans le cas où ce débit passe par une simple ouverture à travers une tôle, que l'aire de cette ouverture ait une valeur convenable par rapport à celle de la surface libre de l'eau dans le caisson. Cette valeur dépend de la nature des biefs amont et aval du canal d'irrigation. Elle est généralement comprise entre les limites précédemment indiquées. Dans le cas ou l'eau parcourt un circuit il faut considérer l'aire d'une ouverture qui serait équivalente à ce circuit quant aux pertes de charge.
[0019] La constance de la position du niveau dans le caisson choisi comme caisson réglant entraîne le maintien à un niveau constant du bassin correspondant : en effet en prenant l'exemple de réglage du niveau amont, si le niveau du bassin amont a tendance à s'élever, le niveau 11A de l'eau dans le caisson 7A restant fixe, la poussée hydrostatique sur le caisson augmente et la vanne ouvre complètement le passage entre le tablier et le seuil 27 s'appuyant sur le fond car, en raison de la position du centre de gravité de la vanne, le couple mécanique qui lui est appliqué par son poids et la poussée hydrostatique est sensiblement constant quelque soit la position angulaire.
[0020] La rotation inverse de la vanne se produit en cas de baisse du niveau du bassin amont. On obtient ainsi une régulation rapide et précise.
[0021] Le réglage du niveau dans le bassin choisi peut s'effectuer simplement par un déplacement vertical du tuyau 24. Un soulèvement du tuyau augmentera la valeur de consigne du niveau ; un enfoncement diminuera la valeur de cette consigne. Le mouvement vertical du tuyau 24 peut être réalisé manuellement, ou à distance au moyen d'un moteur télécommandé.
[0022] Par exemple, comme représenté dans la figure 1, la canalisation 24 peut être maintenue par une chaîne 50, fixée par un maillon ou par un autre selon la distance choisie, à un crochet fixe (réglage manuel). En variante, comme représenté dans la figure 2, la canalisation 24 peut être fixée par un câble 42 enroulé sur un treuil 40 mu par un moteur 41 commandé à distance et alimenté par une source d'énergie autonome telle qu'une pile solaire (réglage télécommandé).
[0023] La pression de gaz peut être fournie par une bouteille d'air comprimé que l'on change de temps en temps, ou par un compresseur actionné par une source d'énergie indépendante, telle une pile solaire, ou par la différence de pression de l'eau entre bassins amont et aval.
[0024] De même, les robinets de commutation 15, 28A, 28B peuvent être commandés à distance, permettant le choix du bassin dont on souhaite maintenir le niveau constant. Les débits d'air commandés par ces robinets étant très faibles, ceux-ci sont de petites dimensions et peuvent être commandés par une puissance très faible qui sera en général inférieure à 10W.
[0025] La figure 2 est une variante de réalisation du dispositif de la figure 1, présentant une tuyauterie et une robinetterie simplifées.
[0027] Les robinets 28A, 28B ont été remplacé par un robinet unique 80, qui est manoeuvré en même temps que le robinet de commutation 15.
[0028] Une rotation simultanée d'un quart de tour des robinets 80 et 15 permet de passer du maintien constant du niveau du bassin amont (cas de la figure) au maintien constant du niveau du bassin aval.
[0029] La figure 3 représente une variante de réalisation d'une vanne automatique, pour maintien à un niveau constant du bassin amont ou aval. Les éléments communs aux figures 1 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence.
[0030] Les caissons 7A et 76 possèdent des ouvertures 29A et 29B à leur partie supérieure, mais les fonds 8A, 8B sont obturés.
[0031] Les niveaux 11A, 11B dans les caissons sont maintenus cette fois constants grâce à un déversoir 30 alimenté à partir du bassin amont par une canalisation 31, déversant dans le bassin aval, et relié à des orifices bas 32A et 32B des caissons par des canalisations 33A et 33B. Une circulation d'eau à donc lieu entre le bassin amont et le bassin aval par l'intermédiaire de la canalisation 31 et du déversoir 30.
[0032] Un diaphragme de perte de charge 35 est placée sur la canalisation 31 le niveau 11A est alors sensiblement égal au niveau 36 du déversoir 30.
[0033] Des robinets de commutation 34A et 34B mettent en communication soit le caisson amont, soit le caisson aval à la canalisation 31 et au déversoir 30, l'autre caisson étant alors relié directement au bassin dans lequel il est partiellement immergé.
[0034] Le niveau intérieur dans un des caissons étant constant, le niveau 1 dans le bassin correspondant sera également constant.
[0035] Le réglage du niveau du bassin se fait en déplaçant verticalement le déversoir 30, par exemple comme indiqué plus haut pour le déplacement de la canalisation 24 de la figure 1..
[0036] Comme précédemment, les robinets 34A, 34B peuvent être commandés à distance pour le choix du bassin dont on souhaite maintenir constant le niveau.
[0037] La figure 4 représente une vanne selon l'invention, pour le maintien à niveau constant d'un bassin, qui diffère de celle représentée dans la figure 3 en ce que les caissons ne sont plus alimentés par le bassin amont, mais par une canalisation 53 à partir d'un bassin extérieur schématisé en 52. Le reste du dispositif est inchangé ; on a représenté la commande à distance de la consigne, par treuil et moteur.
- un tablier obturateur (3) porté par une charpente (5) mobile autour d'un axe horizontal de rotation (4) disposé en aval du tablier pour que la rotation de cette charpente autour de cet axe commande la section de passage de l'eau de l'amont vers l'aval, ce tablier constituant une portion de cylindre de révolution ayant pour axe ledit axe de rotation,
- et un caisson (7A, 7B) porté par cette charpente et plongeant dans le bassin dont le niveau doit être maintenu pour que la position angulaire de cette charpente soit commandée par le niveau de l'eau dans ce bassin, ce caisson étant muni d'une ouverture basse de passage d'eau et d'une ouverture haute de passage d'air pour permettre de faire varier une quantité d'eau dans le caisson,
- cette vanne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un caisson amont (7A) et un caisson aval (7B) portés par la charpente (5) en amont et en aval dudit axe de manière à être plongés partiellement dans le bassin amont et dans le bassin aval séparés par ledit tablier, respectivement, chacun de ces caissons étant muni desdites ouvertures haute et basse,
- et des moyens de réglage de pression (40, 42, 50) communiquant avec ces ouvertures par l'intermédiaire de robinets de commutation (28A, 28B, 34A, 34B, 80), de manière à pouvoir fonctionner sur commande alternativement dans un mode de réglage amont et dans un mode de réglage aval, les moyens de réglage commandant le niveau de l'eau dans un caisson "réglant" qui est le caisson amont dans le mode de réglage amont et le caisson aval dans le mode de réglage aval, pour maintenir automatiquement le niveau de l'eau dans un bassin "réglé" qui est celui dans lequel ce caisson plonge, ces robinets de commutation laissant l'eau et l'air passer par les ouvertures de l'autre caisson pour égaliser les niveaux de l'eau dans ce caisson non réglant et dans le bassin non réglé.